Содержание к диссертации
Введение
Глава 1, Обзор литературы : 6
1.1. Проблема изучения окультуренных почв , 6
1.2. Изменение содержания и запасов гумуса при земледельческом использовании почв 8
1.3. Групповой и фракционный состав гумуса 15
1.4. Азот, важнейший элемент состава гумусовых веществ 20
1.5. Легкоразлагаемое органическое вещество почв (ЛОВ),
его состав и функции 23
1.6. Факторы, влияющие на структурное состояние почв 28
Глава 2, Объекты и методы исследований' 33
2.1. Объекты исследований 33
2.2. Методы исследований 38
Глава 3. Влияние антропогенного воздействия на гумусное состояние и другие свойства серых лесных почв 41
3.1. Гранулометрический и валовый химический состав серых лесных почв разной степени окультуренности 41
3.2. Влияние земледельческого использования на физико-химические показатели почв 44
3.3. Влияние окультуривания почв на содержание элементов питания 51
3.4. . Влияние антропогенного воздействия на содержание и запасы гумуса серых лесных почв 55
3.5. Изменение фракционно-грушювого состава гумуса под влиянием окультуривания почв 63
3.6. Изменение содержания азота и величины С: N при окультуривании серых лесных почв 73
Глава 4. Влияние земледельческого использования на содержание и состав
ЛОВ серых лесных почв 76
4.1. Влияние антропогенного фактора на содержание и запасы ЛОВ 76
4.2. Изменение содержания азота и углерода в составе ЛОВ серых лесных почв 83
4.3. Влияние земледельческого использования на содержание элементов питания в составе ЛОВ серых лесных почв 85
4.4. Влияние окультуривания на химический состав ЛОВ серых лесных почв 87
Глава 5. Взаимосвязь содержания и качественного состава гумуса со структурным состоянием серых лесных почв 94
5.1. Влияние земледельческого использования на структурное состояние серых лесных почв 94
5.2. Влияние органического вещества на процесс структурообразования в серых лесных почвах 98
5.3. Влияние качественного состава гумуса на структурное состояние серых лесных почв 104
Выводы и рекомендации 114
Список литературы 117
Приложения 134
- Проблема изучения окультуренных почв
- Объекты исследований
- Гранулометрический и валовый химический состав серых лесных почв разной степени окультуренности
- Влияние антропогенного фактора на содержание и запасы ЛОВ
- Влияние земледельческого использования на структурное состояние серых лесных почв
Введение к работе
Актуальность проблемы. Негативное изменение гумусового состояния пахотных почв стало в настоящее время проблемой глобального уровня. Кроме общих потерь гумуса, происходят -качественные, изменения я его составе, снижающие плодородие почв.
С содержанием и составом гумуса тесно связано изменение структурного состояния , физико-химических и других свойств почвы. Гумус создает и поддерживает экологические условия, придает почве буферность по отношению к влиянию различных факторов среды. Гумусовые вещества связывают, переводят в неактивное состояние многие элементы, в частности тяжелые металлы, поступающие в почву в результате техногенных загрязнений и оказывающие токсическое действие на почвенную биоту.
Вопросы влияния окультуривания на гумусное состояние почв остаются недостаточно исследованными : не установлено влияние земледельческого использования на содержание и состав легкоразлагаемого органического вещества ( ЛОВ ); недостаточно изучены показатели, характеризующие качество гумуса. Экономические условия, сложившиеся к настоящему времени в нашей стране, способствуют появлению большого количества участков почв, не используемых в сельскохозяйственном земледелии на протяжении 7-Ю и более лет (залежь). Гумусовый режим таких почв практически не изучен.
Таким образом, проблема изменения органического вещества почвы под влиянием антропогенных нагрузок требует дальнейшего изучения, что и предопределило необходимость выполнения данной работы.
Цель и задачи исследования. Целью исследования настоящей работы было изучение изменения состава органического вещества серых лесных суглинистых почв, при их земледельческом использовании. Серые лесные почвы являются наиболее распространенными в составе пахотного фонда Нижегородской области (на них приходиться около 44 %), онипотенциальнсг высоко плодородны, но легко утрачивают свои положительные свойства вследствии нерационального земледельческого использования. В задачу исследований входило:
1. Изучить направление трансформации органического вещества при окультуривании серых лесных почв.
Выявить характер изменения содержания и состава легкоразлагаемого органического вещества серых лесных почв под влиянием антропогенного воздействия.
Исследовать структурное состояние серых лесных почв разной степени окультуренности и выявить влияние гумуса на агрегатный состав почв. Научная новизна. Впервые было изучено содержание и качественный состав легкоразлагаемого органического вещества серых лесных почв в условиях Волго-Вятского региона. Выявлены закономерные изменения содержания легкоразлагаемого органического вещества при земледельческом использовании пахотных почв.
Впервые был изучен гумусовый режим серых лесных почв залежи на территории Нижегородской области.
Показано влияние гумуса и его компонентов на агрегатный состав почв. Практическая ценность работы. Результаты исследований могут быть использованы для разработки диагностических показателей пахотных серых лесных почв в зависимости от степени их окультуренности ; для агроэкологической и кадастровой оценки почв; для рекомендации мероприятий, направленных на увеличение содержания органического вещества и улучшение структурного состояния почв ; для прогнозирования темпов восстановления положительного баланса гумуса в пахотных почвах.
Работа выполнялась в Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии с 1997 по 2001 год.
Проблема изучения окультуренных почв
С момента распашки целинных почв на них начинает действовать новый фактор почвообразования - антропогенный. Он включает в себя систему механических, химических и биологических воздействий человека на почву, то есть обработку верхней части почвенного профиля, посев культурных растений, отчуждение веществ с урожаем, внесение органических, минеральных и бактериальных удобрений, известкование, а в некоторых случаях глинование, пескование, осушение и орошение (Б.А. Никитин, 1986).
Образование культурного пахотного слоя достигается различными путями в зависимости от генетической природы почв. Впервые этот круг важных вопросов был поставлен Ю.А. Ливеровским (1957) и нашел отражение в разработках сотрудников руководимого им отдела крупномасштабного картографирования (Ю.А. ЛиверовскиЙ, 1962). Было обращено внимание на одно серьезное обстоятельство: отсутствие прямой связи между окультуренностью почв и их продуктивностью. В связи с этим был сделан очень важный вывод о том, что продуктивность почв не может быть единственным критерием их окультуренности. К сожалению, это положение не вызвало интереса среди ученых-почвоведов. И до сих пор, например, при идентификации таких основных понятий, как деградация почв (Oldeman L.R. и др., 1992) величина урожайности фигурирует в качестве главного критерия.
Ю.А. ЛиверовскиЙ настаивал, что классификация должна обеспечивать возможность отражения последовательного наращивания положительных результатов антропогенного воздействия. Этот опыт был реализован для дерново-подзолистых почв (Классификация ..., 1977). На необходимость изучения окультуренности почв указывали Н.М. Сибирцев (1900-1901), СП. Кравков (1907), Б.Б. Полынов (1933), Б.П Серебряков (1934), Ф.И. Левин (1972), В.А. Ковда (1973) и другие.
Г.Й. Григорьев (Классификация..., 1977) пахотные дерново-подзолистые почвы разделил по степени изменения морфологических признаков, агрохимических показателей и по уровню плодородия на три группы: освоенные, окультуренные и культурные.
Серые лесные почвы были разделены на подтипы целинных и освоенных (ПИ, Григорьев и др., 1965). В общесоюзной классификации (Классификация..., 1977) пахотные серые лесные почвы разделены на подтипы светло-серых освоенных, светло-серых окультуренных, серых освоенных, которые объединяются с целинными почвами. Пахотные темно-серые лесные почвы выделяются на уровне видов в соответствии с диагностикой, принятой для целинных почв. Таким образом, при классификации почв не всегда учитываются ни агрохимические показатели, ни структурное и гумусное состояние почв, ни морфологические особенности.
Объекты исследований
Объектами наших исследований являются целинные и пахотные серые лесные почвы правобережья Нижегородской области: светло-серые, серые и темно-серые лесные почвы. Нижегородская область расположена на востоке Нечерноземной зоны Европейской территории России. Правобережье Оки и Волги является северным выступом Приволжской возвышенности с высотой 150-250 м над уровнем моря. Серые лесные почвы формируются под широколиственными лесами с хорошо развитым травянистым покровом. К настоящему времени почти все лесные массивы сведены и используются под пашню. В составе пахотных земель Нижегородской области серые лесные почвы составляют 1143740 га, или 44% от всей площади пашни, в том числе светло-серые лесные - 603583 га, серые лесные - 371792 га, темно-серые 168364 га.
Территория распространения серых лесных почв сильно пересечена и дреннирована оврагами, балками, долинами рек и речек. Плоских выровненных участков здесь мало.
Наиболее распространенными почвообразующими породами серых лесных почв являются лессовидные суглинки. В отличие от покровных они содержат карбонаты на глубине 1,5-2 м, имеют буровато-желтовато-палевый цвет, тонкопористы. В мелкоземе преобладает крупная пыль (40-60%). На участке темно-серых лесных почв отмечается достаточно близкое расположение подстилающих пород - карбонатных глин пермской системы.
Климат Нижегородской области умеренно континентальный, часто с холодной многоснежной зимой и умеренно жарким коротким летом.
Вадский, Дальне-Константиновский и Кстовский районы относятся і четвертому агроклиматическому району Нижегородской области - умерешк теплому. В этом районе сумма среднесуточных температур воздуха за период с температурой выше 10 составляет 2100-2200, выше 15-1500-1600. Продолжительность периода с температурой выше 10 равна 130-135 дням, выше 15 - 80-90 дням.
Гранулометрический и валовый химический состав серых лесных почв разной степени окультуренности
Гранулометрический состав почв является одной из важнейших её характеристик. В первую очередь необходимо отметить большое агрономическое значение этого показателя. Такие важные свойства, как фильтрационная и водоудерживающая способность почв определяются главным образом, гранулометрическим составом. Проблемой изучения гранулометрического состава серых лесных почв занимались Б. П. Ахтырцев (1979), А. И. Сурков (1984), Б. А. Никитин (1986).
Содержание физической глины и ила в серых лесных почвах разной степени окультуренности представлено в таблице 1. Изучаемые нами почвы относятся к категории среднесуглинистых, за исключением светло-серых лесных сильноокультуренных почв Кстовского района и целинных Вадского района, содержащих соответственно 28,9 и 27,5 % фракции размером менее 0,01 мм Это говорит об эдентичности сравниваемых вариантов серых лесных почв.
Закономерных изменений в содержании физической глины в зависимости от степени окультуренности в светло- и тёмно-серых лесных почвах не выявлено.
Изменения в содержании физической глины обусловлены, главным образом особенностями гранулометрического состава почвообразующих пород -лёссовидных суглинков.
В составе физической глины на долю илистой фракции приходите значительная часть - от 50 до 70 %, причём в большинстве пахотных варианта сильноокультуренные почвы более обогащены илом по сравнению с слабоокультуренными. Аналогичные данные приводятся в работе Б. А. Никитина.
class4 Влияние земледельческого использования на содержание и состав
ЛОВ серых лесных почв class4
Влияние антропогенного фактора на содержание и запасы
В процессах гумусообразования большую роль играет легкоразлагаемое органическое вещество - растительные остатки, находящиеся в почве на разной стадии разложения. Как исходный материал для образования гумусовых кислот детрит выступает в качестве их адсорбента, способствуя закреплению гумуса в почве. Также эта часть органического вещества оказывает существенное влияние на улучшение структурного состояния почв (Н. И. Лактионов и др., 1974; Т. Н. Лактионова, 1984; И. В. Кузнецова, 1998).
Содержание ЛОВ в пахотном слое колеблется в пределах 0,1 - 1,5% к массе почвы, а запасы составляют 3-45 т/га (Н. Ф. Ганжара, Б. А. Борисов и др., 1988). В его составе содержится 1,0-3,5 % N; 0,4-1,0 % Р; 0,5-1,2 К, а также повышенное количество ряда микроэлементов, имеющих важные биологические функции и определяющие сбалансированное питание растений.
Данные полученные нами для серых лесных почв (таблица 18, рис.6) свидетельствуют о высоком содержании ЛОВ в целинных вариантах : в серых лесных почвах - 1,53 %, в светло-серых лесных Вадского района - 2,03%, Кстовского района - 2,42%, что связано с большим количеством поступающих в почву растительных остатков. При освоении почв и использовании их на низком агротехническом уровне доля ЛОВ снижается в слабоокультуренной серой лесной почве в 3,0 раза, а в светло-серой лесной в 3,5 - 7,0 раз.
Влияние земледельческого использования на структурное состояние серых лесных почв
В предыдущем разделе мы выяснили влияние гумуса на водопрчность агрегатов. Однако различные компоненты гумуса по-разному влияют на формирование структуры почвы. По мнению П.А. Костычева (1940) большую. роль в образовании водопрочных агрегатов играют гумусовые вещества и глинистые минералы, которые обладают склеивающей способностью. А.Ф. Тюлин (1955) считал, что значительное содержание оксидов железа, карбонатов и наличие органического вещества приводит к образованию агрегатов. В работе А. В. Синельниковой и др. (1970) авторы приходят к выводу, что полуторные окислы совместно с органическими веществами почвы являются активными естественными структурообразователями, так как они участвуют в создании как микро-, так и макроагрегатов. В.К. Пестряков и др. (1976) отмечал, что в почвах на покровных суглинках формирование структуры протекает под влиянием взаимодействия новообразованных гумусовых веществ с минералами, насыщенными Fe и AL И.В. Кузнецова (1998) в своей работе определила участие фульвокислот наряду с гумусовыми в формировании водопрочных частиц.
Результаты исследований дают возможность выяснить роль различных компонентов в образовании агрегатов разного размера окультуренных и целинных почв. Качественный состав гумуса водопрочных агрегатов светлосерых лесных почв Кстовского района представлен в таблице 31. Водопрочные агрегаты этих почв во всех вариантах имеют относительно высокое содержание негидролизуемого остатка: от 66,3 до 74,3% в составе гумуса.
При изучении влияния гуминовых кислот на формирование водопрочной структуры можно отметить снижение гуматов кальция в микроагрегатах целинных аналогов с 4,0 до 0,7%. В пахотных почвах, наоборот, происходит увеличение ГК-2 во фракциях 1-0,25 и менее 0,25 мм до 7,4%. В целинных и слабоокультуренных почвах наблюдается повышенное содержание гуминовых кислот, связанных с полуторными окислами в водопрочных агрегатах размером более Змм (11,1-13,1%). В сильноокультуренных вариантах содержание гуматов железа и алюминия в агрегатах разного размера находится на одном уровне, но намного превосходит значение содержания ГК-2.
Различия в относительном содержании фульвокислот в зависимости от размера фракций не носят закономерного характера, можно лишь отметить повышенное содержание фракции ФК-1 в составе гумуса водопрочных агрегатов. С увеличением степени окультуренности происходит улучшение качественного состава гумуса структурных отдельностей, о чём свидетельствует показатель Сгк Сфк, значение которого увеличивается в ряду целинные - слабо - сильноокультуренные почвы.
